[發(fā)明專利]用可模制碳纖維模制的部件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710846713.3
• 申請(qǐng)日: 2017-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107866985B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H·G·起亞;S·X·趙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B29C70/34
• 分類號(hào): B29C70/34;B29C70/16
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 安文森

在各個(gè)方面，本公開(kāi)提供了一種結(jié)構(gòu)部件。該結(jié)構(gòu)部件包括限定至少一個(gè)中空區(qū)域的主體。該主體包括碳纖維復(fù)合材料，所述碳纖維復(fù)合材料包括多個(gè)基本對(duì)齊的連續(xù)碳纖維。多個(gè)基本對(duì)齊的碳纖維限定主軸線和垂直于主軸線的第二軸線。多個(gè)基本對(duì)齊的連續(xù)碳纖維包括相對(duì)于第二軸線交錯(cuò)的多個(gè)離散終止點(diǎn)。還提供了通過(guò)吹塑模制和壓縮模制制造這種結(jié)構(gòu)部件的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料部件及其制造方法。

背景技術(shù)

本節(jié)提供與本公開(kāi)相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

碳纖維用作輕質(zhì)增強(qiáng)相以制備高強(qiáng)度輕質(zhì)聚合物復(fù)合材料。碳纖維可以是長(zhǎng)度為千微米(μm)或毫米(mm)的連續(xù)長(zhǎng)絲。一組連續(xù)碳纖維通常被分類為一束連續(xù)的碳纖維長(zhǎng)絲。碳纖維“絲束”通常被表示為數(shù)千個(gè)長(zhǎng)絲(在相應(yīng)的絲束號(hào)之后由K表示)。或者，可以將碳纖維束切碎或研磨，從而形成通常具有50μm(大約0.002英寸)至50mm(大約1.97英寸)的平均纖維長(zhǎng)度的短纖維碳纖維(長(zhǎng)絲或束)。雖然摻有碳纖維的復(fù)合材料都是輕質(zhì)和高強(qiáng)度的，但是與摻有切碎或研磨的碳纖維的復(fù)合材料相比，摻有連續(xù)碳纖維長(zhǎng)絲的復(fù)合材料具有特別高的強(qiáng)度。通過(guò)非限制性示例的方式，當(dāng)摻入到復(fù)合材料中時(shí)，代表性單向連續(xù)碳纖維長(zhǎng)絲提供大約1,500至2,000MPa的超高極限抗拉強(qiáng)度，而具有切碎的碳纖維的復(fù)合材料具有大約200至350MPa的極限抗拉強(qiáng)度。

復(fù)合制品或部件可以通過(guò)使用增強(qiáng)材料的片材或帶材形成，諸如具有連續(xù)碳纖維的碳纖維基材料。聚合物前體，諸如樹(shù)脂，可以浸漬在碳纖維基基材系統(tǒng)中，已知為預(yù)浸漬(稱為“預(yù)浸料”)，其涉及在第一步驟中將樹(shù)脂浸潤(rùn)入碳纖維基基材中，然后任選地卷起碳纖維基基材，并將其儲(chǔ)存以供后續(xù)使用。

雖然在某些應(yīng)用中與碳纖維復(fù)合材料相關(guān)的超高強(qiáng)度是非常需要的，但是使用連續(xù)碳纖維復(fù)合預(yù)浸料時(shí)的一個(gè)挑戰(zhàn)是缺乏可流動(dòng)性和可成形性，因?yàn)閾接羞B續(xù)碳纖維的復(fù)合預(yù)浸料可能太硬、耐流動(dòng)性高。這種不靈活性和剛性可以轉(zhuǎn)化為差的可模制性，使得難以從具有連續(xù)碳纖維的復(fù)合材料形成三維形狀。此外，預(yù)浸料中的流動(dòng)性的缺乏可能導(dǎo)致最終復(fù)合產(chǎn)品的翹曲并造成不希望的表面外觀。需要形成具有較高流動(dòng)性的連續(xù)碳纖維預(yù)浸料，因此具有更大的可模制性，并且具有容易地形成具有超高強(qiáng)度的復(fù)雜且三維成形的部件的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本節(jié)提供了本公開(kāi)的總體概述，并且不全面地公開(kāi)其全部范圍或其全部特征。

在各個(gè)方面，本公開(kāi)提供了一種結(jié)構(gòu)部件。結(jié)構(gòu)部件包括限定至少一個(gè)中空區(qū)域的主體。主體包括碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料包括多個(gè)基本對(duì)齊的連續(xù)碳纖維。多個(gè)基本對(duì)齊的碳纖維限定主軸線和垂直于主軸線的第二軸線。多個(gè)基本對(duì)齊的連續(xù)碳纖維包括相對(duì)于第二軸線交錯(cuò)的多個(gè)離散終止點(diǎn)。

在某些變型中，多個(gè)連續(xù)碳纖維還包括具有第一不同長(zhǎng)度的第一多個(gè)碳纖維和具有第二不同長(zhǎng)度的第二多個(gè)碳纖維。在某些其它變型中，多個(gè)連續(xù)碳纖維包括長(zhǎng)度大于或等于大約2英寸的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)碳纖維。一個(gè)或多個(gè)連續(xù)碳纖維可以包括多個(gè)離散弱區(qū)域。多個(gè)弱區(qū)域的極限抗拉強(qiáng)度比連續(xù)碳纖維的其余部分的強(qiáng)度小至少50％。碳纖維復(fù)合材料具有大于或等于大約500MPa的極限抗拉強(qiáng)度。

在某些變型中，結(jié)構(gòu)部件選自由發(fā)動(dòng)機(jī)罩、支柱、面板、結(jié)構(gòu)面板、門(mén)板、門(mén)部件、內(nèi)部地板、底板、車頂、外表面、車底罩、車輪部件、存儲(chǔ)區(qū)域、手套箱、控制箱、行李箱、行李箱底板、車箱、燈袋、沖擊塔蓋、控制臂、懸架部件、擠壓罐、緩沖器、結(jié)構(gòu)前軌、結(jié)構(gòu)框架、汽車橫梁、起落架部件、傳動(dòng)系部件及其組合組成的群組。